Szinkron genertorok

A szinkron gp elvi szerkezeteAz els ertviteli clokra alkalmas vltakoz ram genertort 1882-ben Zipernowsky Kroly. ksbbi megyetemi tanr szabadalmai szerint a buda-pesti Ganz-gyr ksztette. Tovbbfejlesztett alakjban ezt a gpet a kvet-kez vben a bcsi villamossgi killtson lehetett ltni. A gp nagyrszt ma is kvetet{:.elvek szerint kszlt. A tervezk nagy slyt helyeztek egy olyan szerkezetre, amely az llrsz induklt tekercseinek egyszer cserlst tette lehetv, ez viszont mai megtls szerint azzal a htrnnyal jrt, hogy a gp feszltsge ersen eltrt a sinus alaktl.Az 1. bra egy 80 kV A. 360 percfordulat genertor kpe.

1. bra

2. bra Egyenram genertor kifordtsa

Ha az armatrt szimmetrikus hromfzis tekercselssel ltjuk el, akkor az armatrrl szimmetrikus hromfzisfeszltsget vehetnk le. (3. bra)

3. bra

A mgneses fluxust elllt plusrendszer ktflekpen kszthet el.A hengeres forgrsznek a kerleten lland vagy kzel lland lgrse van,s az indukci sinusszer eloszlst a lgrsben a gerjeszt tekercselsnek hornyokban valmegfelel elosztsval rjk el, illetve kzeltjk meg. A kill plusok esetn az indukci sinusszer elosztsa cljbl a plussaruk alatti lgrst kell megfelelen mretez ni. A kt forgrsz tpus vzlata ktplus gp esetn a 4.brkon lthat. A hengeres forgrsz klnsen kis plusszm, arnylag kis tmrj, de hossz gpekre, teht ltalban n. turbgenertorokra alkalmas, de egyes gyrak, pl. a Ganz-gyr kisebb teljestmny, lassabban jr gpekre is hasznljk.

4. bra

5. bra Ngyplus kill plus hromfzis genertor

A szinkron gp fluxusai s reaktancii, helyettest vzlata

A gpben vgbemen jelensgeket s az egyes vltoztnyezk befolyst a gp mkdsre legjobban a vektorbrk segtsgvel tekinthetjk t. Ha feltesszk, hogy minden mennyisg az idben sinustrvny szerint vltozik, akkor ezek komplex szmokkal fejezhetk ki, s skvektorokkal brzolhatk. A vektorbra megszerkesztshez egy kapcsolsi vzlatra van szksgnk, amely ebben az esetben a helyettest vzlat lesz, mert az ramkrt egyes, a valsgban kln nem is rzkelhet kt-plusokra bontjuk. A szinkron gp vltakozram rsze csak egy tekercsrendszerbl ll, a helyettestvzlatot azonban ngy sorba kttt kt-plusbl lltjuk ssze, amint az a 6. brn lthat. Tbb fzis gp esetn a vzlatot egy fzisra vonatkoztatjuk.

Ehhez a helyettest vzlathoz a kvetkez gondolatok vezetnek.

6.

Terhelskor az armatrban a plusrendszer ltal induklt Upplus-feszltsgen kvl nindukcis s ellenlls feszltsgek is fellpnek, s gy a kapocsfeszltsg tbb komponensbl sszetettnek kpzelhet. Clszer, ha az nindukcis feszltsget elidz armatra-fluxust kt rszre bontjuk: a -ra s s-re ha kln vesszk figyelembe a kt rsz-fluxusnak megfelel Ua s Us feszltsgkomponenseket is. aa vonalai rszben vagy egszben a plusrendszer p fluxusnak vonalaival kzs ton haladnak, s ezzel egytt hozzk ltre a f-fluxust. Az armatra-fluxus msik rszvel azokat az indukcivonalakat foglaljuk ssze, amelyek az armatramenetek kzvetlen kzelben, pl. a tekercsfejek krl zrdnak, s a plusrendszer fluxusra nincsenek befolyssal. s az armatra szrsi fluxusa, a t pedig az armatra ltal a plusrendszerre gyakorolt visszahatsnak tekintjk.

A hromfle fluxus vzlatos lefolysa s irnya indukcimentes terhelsre dolgoz kill plus, egyfzis genertor esetn a 7. brn lthat. A rajzolt pillanatban a feszltsg s az ram ppen maximlis rtk.

7.

A hengeres forgrsz gp vektorbri. zemi vektorbra

Rajzoljuk meg egy induktv terhelsre dolgoz genertor vektor-brjt. Adottnak tekintjk a helyettest vzlatban szerepl llandkon kvl az U kapocsfeszltsget s az I terhelramot, valamint a kett kztti fziseltolsi szget. 8. bra szerint U vektort a vals tengely irnyba rajzoljuk, gyhogy I a II. sk-negyedbe kerl. Ha a helyettest vzlatnak megfelelen U vektorhoz I-vel megegyez irnyban hozzadjuk Ur = R I -t, s ezt az irnyt /2-vel megelzve Us = Xs I -t, megkapjuk a gpben valban induklt Ue feszltsget. Ue elidzsre gerjeszts szksges, ennek vektora /2-vel elmarad Ue mgtt. A terhelram az ugyancsak ismertnek felttelezett a armatra gerjesztst, illetve armatra visszahatst idzi el, amelynek vektora I-vel fzisban van. a -hoz a p plusgerjesztst kell geometriailag hozzadni, hogy az Ue feszltsg elidzsre szksges mint ered ltrejjjn.

p-t /2-vel megelzi a plusrendszer ltal egyedl induklt Ups ugyanilyen fzisviszony van a s Ua kztt. -t a gp resjrsi jelleggrbjbl vesszk, amely a vastelts elhanyagolsa miatt a mi esetnkben egy egyenes. Ha a gpet tehermentestjk, de a plusgerjesztst vltozatlanul hagyjuk, I-vel a is eltnik, ennek kvetkeztben Ua, Us s Ur nullval egyenlk, s a kapocsfeszltsg Uo = Up

A 9. bra egy kapacitv terhelsre dolgoz genertor vektorbrja. Ilyen terhels esetn Up kisebb lehet, mint U, gyhogy tehermentestskor a feszltsg esetleg cskken.

8. 9.

resjrsi vektorbra I = 0, ezrt kiesnek mindazok a feszltsgi s gerjesztsi sszetevk is, amelyekben , I mint szorz szerepel. gyUe, = Up, = Uo, s p = . A 10. bra ennek megfelelen csak egy feszltsg- s egy gerjesztsi vektorbl ll.

10.

Rvidzrsi vektorbra

Ha a gpet mint genertort egyedl jratjuk, s kapcsait rvidrezrjuk, U = 0, s minthogy R-et elhanyagoljuk, llandsult llapotban az ramnak hatsos komponense nincs,vektora az I. s II. sk-negyed hatrvonalban fekszik. Az ram tiszta meddram, a ellenfzisban van p -vel s -val, gyhogy = p + a . ( vagyis abszolt rtkben = p - a) Hasonlan Ua ellenttes irny Up-vel s Up + Ua = Ue = -Us, illetve Up =- (Ua + Us ) = - jXI, ( vagyis abszolt rtkben Up - Ua = Ue = Us, illetve Up = (Ua + Us ) = jXI )vagyis a plus-fluxus ltal induklt feszltsg egyedl a szinkron reaktanciban emsztdik fel. A diagramot a 11. bra mutatja. Hatsos teljestmny nincs.

11.

Az zemi feszltsg, medd terhels gp vektorbrja

Ha a genertor medd terhelse induktv, 12 bra, a vektorbra abban klnbzik az elbbitl, hogy most Up + Ua + Us = U,Up + Ua = Ue, ( vagyis abszolt rtkben Up - Ua - Us = U, illetve Up - Ua = Ue ). Ennek megfelelen p is nagyobb.

Tisztn kapacitv terhelsre dolgoz genertort a 13. bra mutatja. Mg a 12. bra szerint az armatra visszahats agerjesztse p -vel s -val ellenttes, a 13. brnak megfelelesetben a ersti a plus fluxust. ( vagyis abszolt rtkben p + a= )Ezrt egy olyan genertorban, amelyet terhels nlkl egy nagy kapacits hlzatra kapcsolunk, veszlyes nagysgfeszltsg lphet fel. ( vagyis abszolt rtkben Up + Ua + Us = U, illetve Up + Ua = Ue ).

12. 13.

A genertor kls s szablyozsi jelleggrbiA kls jelleggrbk 15. bra az egyedl jr genertor kapocsfeszltsgnek vltozst mutatjk. ha a terhelsi ram nagysg, illetve fzis szerint vltozik, s a gerjeszts lland. A 14. bra vektordiagramjbl (ami a 8. bra egyszerstse) felrhat sszefggsek segtsgvel szerkeszthet, figyelembe vve, hogy llandgerjeszts esetn Up is lland s az resjrsi Uofeszltsggel egyenl.

14. 15.

A kill plus genertor vektorbri

Ha a gpnek kill plusai vannak, teht ha a lgrs a kerletennem lland, Xa nagymrtkben fgg az Up s I kztti szgtl. Ha a a gerjeszts tengelye pl. egybeesik a plusok tengelyvei, teht hosszirny mgnesezs esetn az armatra visszahats mgneses krnek ellenllsa sokkal kisebb, mint keresztirny mgnesezs esetn, amikor az armatra visszahats tengelye a pluskzbe esik. A kt rtk egymshoz kb. gy viszonylik, mint 1: 2.A vektorbra megrajzolsra Blondel szerint az ramot kt egymsra merleges sszetevre bontjuk: az egyik fzisban, illetve ellenfzisban van p -vel, teht az ebbl eredmgnesezs hosszirny, a msik sszetev fziseltolsa +

- /2, teht keresztirny mgnesezst ad. A sztbontsnak megfelelen Ua helyett is kt sszetevt kapunk.A hosszirnyban: Uah = Xh .I sin = Xh .lh,s a keresztirnyban : Uak = Xk .I cos = Xk .lk

Ha ismerjk a kt reaktancit, a vektor-brt meg lehet szerkeszteni, amint azt egy induktv terhelsgenertor esetre az 16. bra mutat. Ebben az brban a jobb ttekints rdekben Up -bl indultunk ki, s ezt a feszltsget rajzoltuk a vals tengely irnyba. Rendszerint azonban nem ismerjk -t, hanem csak a kapocsfeszltsg s az ram kztti fziseltolst. Ilyenkor -t vagy -t meg kellene becslni, s a diagramot csak prblgatssal lehetne megszerkeszteni.

16.

(Lsd a 17 brt is)

A vektorbrk R, Ur elhanyagolsa esetn

17.18.

Szinkron genertor hirtelen rvidzrlata

Ha egy gerjesztetlen szinkron genertor kapcsait rvidre zrjuk, s a gerjesztst a nvleges terhelsnek megfelel rtkig nveljk, az armatrban keletkezrvidzrsi ram nagysga hengeres forgrsz esetn az Xa + Xs = X szinkron reaktancitl, kill plusok esetn pedig ennek Xah + Xs = Xh hosszirnykomponenstl fgg. Az R ellenlls befolysa a legtbb esetben elhanyagolhat. A plus-rendszer jellemzi: a gerjeszt tekercsels szrsi reaktancija s ellenllsa ebben az llandsult llapotban nem jtszik szerepet, mert a plusrendszer az ered forg mgneses trrel szinkron forog. Ugyanez ll a csillapt tekercselsre is.

Hirtelen rvidzrlat vagy ltalban gyors lefolysterhelsvltozsok esetn azonban a gerjeszt- s a csillapttekercselsnek, gyszintn a plussaru rvnyramainak is fontos szerep jut. Az tmenetileg fellp ramok a nvleges ram sokszorosai lehetnek, ezrt egyrszt mechanikai erhatsok. kvetkeztben alakvltozst okozhatnak a nehezebben rgzthettekercs-fejekben, msrszt vltakoz irnynyomatkokat idznek el, amelyek viszont a gpalapot, a tengelykapcsolt, s esetleg a kill plusok fel erstst veszlyeztetik. Az tmeneti (tranziens) jelensgek, amelyek ilyenkor fellpnek - az ll- s a forgrsz viszonylagos elmozdulsa miatt - rendkvl bonyolultak.

Szimmetrikus hromfzis rvidzrlatkor fellp ramok lefolysa.

Ha a rvidzrlat hromfzis, s a gp kapcsain kvetkezik be, az ramok nagyjban a kvetkez mdon keletkeznek s folynak le.

a) Az armatra minden fzisban alapperidus vltakozram lp fel, amelynek rtkt kezdetben az Xhszubtranziens, majd az Xh tranziens reaktancia hatrozza meg, s amely nhny msodperc mlva ri el a X szinkron reaktancinak megfelel llandsult rtket.

b) ltalban mind a hrom, de legalbb kt fzisban egyenram ramsszetev is fellp, annak a fluxus kapcsoldsnak fenntartsra, amely a rvidzrlat bekvetkeztekor fennllott. Ez az egyenram sszetev a legkedveztlenebb esetben kzel egyenl a vltakoz irnysszetev cscsrtkvel.Az egyenram sszetevk algebrai sszege nullval egyenl, ppgy, mint a hrom fluxus sszege, amelyet fenntartanak.

c) Az armatrban foly vltakoz ram arnylag lassan csillapod forg mgneses teret idz el, amelynek hatsra a pluskerk gerjeszt meneteiben a forg tr idtartamra az ram hirtelen megn, s az armatra vltakoz irnysszetevjnek megfelel csillapodssal cskken a rvidzrlat eltti rtkre. d) Az armatrban foly egyenram ram ll plusrendszert hoz ltre, amely a forg gerjeszt- s csillapttekercselsben alapfrekvencij ramot indukl. Ennek az lettartama jval rvidebb, mint az armatrban foly tmeneti vltakoz ram.e) A gerjeszt tekercselsben fellp vltakoz ram hatsa, klnsen ha csillapt tekercselssel elltott gprl van sz, a legtbb esetben elhanyagolhat, egybknt az armatrban ktszeres alapperidus ramot hoz ltre. A hrom fzisban s a gerjeszt tekercselsben a rvidzrlat alatt fellp ramok jellegzetes lefolyst a 19. brkon ltjuk.

19. bra Hromfzis rvidzrlat esetn fellp ramok lefolysa. a), b), c) a hrom fzisban ; d) a gerjeszt tekercsben

Szinkron gpek vesztesgeiA gpben hv alakul teljestmnyeket. vagyis a vesztesgeket kt f-csoportra osztjuk: az resjrsban s a rvidzrsban jelentkezkre, spedig azrt, mert a vesztesgek ksrleti megllaptsa is a gpnek ebben a kt szls zemi llapotban trtnik. Egyes vesztesgek, mint pl. a srldsi s gerjesztsi vesztesgek mindkt llapotban fellpnek.resjrsi vesztesgeka) Vasvesztesg : Ha 50 peridus gpekre szortkozunk, a szmts alapjul a vastest anyagra megadott vesztesgi szm szolglhat, ha pedig a frekvencia ettl eltr, a vesztesgi szmot egy hiszterzis- s egy rvnyram-sszetevre bonthatjuk. amint az egyenram gpeknl is tettk..A vesztesgi szm a tmegegysgre vonatkozik

Az armatra vastest s a fogak tmgnesezse ppgy megy vgbe, mint az egyenram gpekben. Tbbletvesztesgek, n. jrulkos vesztesgek lpnek fel, amelyeket alig lehet szmtssal kvetni, ezrt ezeket itt is egy tapasztalati tnyezvel vesszk figyelembe. A szinkron gpek jrulkos vasvesztesgeinek egy rsze valamivel kisebb, mint az egyenram gpek. viszont j, az egyenram gpekben hinyz vesztesgi tbbletekkel is kell szmolnunk.

b) Csap- s lgsrldsokSzinkron gpekben klnsen a lgsrlds s ennek a nvleges teljestmnyre vonatkoztatott rtke is tg hatrok kztt vltozik.

A szellzszerkezet igen sokfle, az egyszer radilis laptokkal elltott kis gpektl a csavarventilltorokkal szellztt turbgenertorokig.

Rvidzrsi vesztesgekA srldsi vesztesgektl eltekintve elssorban tekercselsi vesztesgek lpnek fel, de mint jrulkos vesztesgek az armatragerjeszts feIharmonikusa ltal a forgrszben elidzett felleti vasvesztesgek is szmottevk lehetnek, klnsen, ha tmr forgrszrl van sz. Az alap vasvesztesgek legalbb addig, amg a rvidzrsi ram nem sokkal nagyobb mint a nvleges, elhanyagolhatk.

a)Tekercselsi alapvesztesgHa a tekercsels egy-egy fzisnak ellenllsa R s minden fzisban I ram folynk, m fzis esetn

Ptek = m I2 Rb) Jrulkos tekercselsi vesztesgekMivel vltakoz ram folyik a tekercselsben, a vesztesgek nagyobbak, mint amennyit az elz sszefggs ad, jrulkos vesztesgek is fellpnek.

Ezeket a szrsi fluxusnak azok a rszei okozzk, amelyek az aktv vastestbl kilpve a tekercsels vezetin keresztl haladnak, s azokban rvnyramokat idznek el. Ilyen vesztesgeket elssorban a kereszt-irny horonyfluxus okoz.Ezeket a vesztesgeket tbbek kztt a hornyokban elhelyezett vezetk h magassgi mretnek cskkentsvel lehet.

c) A plusrendszerben fellp jrulkos vasvesztesgekEzeket az armatra gerjesztse okozza. amelynek felharmonikusai rendszmaiknak megfelel irnyban s sebessggel haladnak el a plusrendszer vasteste fltt. A fellp vesztesgek tmr forgrsz gpekben tekintlyes rtket rhetnek el.

h) A tekercsfej trben fellp vesztesgekEzek is legnagyobbrszt rvnyram-vesztesgek, amelyek a tekercs-fejek szrsi fluxusa ltal a burkol pajzsokban, a tekercsmerevt szerkezetben, az armatra vastestet sszeszort trcskban, de fleg turb-genertoroknl a forgrsz tekercsfejeinek sszefogsra szolgl szort

sapkkban lpnek fel. Ksrletek igazoljk, hogy mgneses anyagbl val sapkkban a nvleges teljestmny 1 %-t elrvesztesgek jhetnek ltre A forgrsz-sapkkat ezrt lehetleg nem mgneses anyagbl kell kszteni. A szorttrcsban fellp rvnyramok ellen gy szoktak vdekezni, hogy a tekercsfejek s a trcsa kz rnykol rzgyrt helyeznek, amely a szrsi fluxust cskkenti. Rz helyett lemezelt vasgyrt is javasolnak.

Gerjesztsi vesztesgekHa ismerjk a terhelskor szksges gerjesztst, illetve az lggerjeszt ramot s a plusrendszer Rg ellenllst, Rg lg2 a gerjesztsi teljestmny szksglet, amihez mg hozz kell szmtani az esetleges eltt ellenllsban s gerjesztgpben vagy gpekben fellp vesztesgeket, valamint a gerjeszt ram bevezetsre szolgl csszgyrkn keletkez kefevesztesgeket.